Het heelal veel scherper in beeld met nieuwe algoritmen en supercomputers
Met nieuwe algoritmen en supercomputers is het gelukt om een haarscherpe radiokaart van het heelal te maken. Nu kunnen sterrenkundigen radiostralen van sterrenstelsels veel preciezer bekijken. Dat publiceerden de Leidse promovendus Frits Sweijen en collega's in Nature Astronomy.
'Deze enkele kaart heeft bijna evenveel pixels als voorgaande kaarten van de gehele hemel hadden', zegt Frits Sweijen, promovendus aan de Sterrewacht Leiden. De onderzoekers losten het vertroebelende probleem op dat UV-straling veroorzaakt in onze atmosfeer: met speciale software wisten ze daarvoor te corrigeren. Supercomputers in Leiden en Amsterdam zorgden met hun enorme rekenkracht dat dat ook nog vrij snel ging.
Vijf bij vijf volle manen
Binnen afzienbare tijd kon daarom met de nieuwe methode de hele Noordelijke hemel zo scherp in beeld zijn gebracht. Nu gaat het nog om een klein stukje, legt Sweijen uit: 'Stel dat je in de lucht een vierkant van vijf bij vijf volle manen ziet. Van dat blokje van de ruimte maakten we een kaart van bijna 7 miljard pixels, waarop een kleine 2500 sterrenstelsels scherp zichtbaar zijn.'
Mobiele telefoon op Mars
Sweijen: 'De ruimtekaart is gemaakt op basis van radiostraling die we uit de ruimte opvingen met de Internationale LOFAR Telescoop. Dat is een enorme radiotelescoop met tienduizenden antennes verspreid over een Europees gebied met een diameter van 2000 kilometer. Die antennes luisteren naar kosmische radiostralen.' Hij vervolgt: 'Door de enorme oppervlakte en de vele antennes kan LOFAR in voortreffelijk detail de straling 'zien', met een gevoeligheid waarmee je zelfs een mobiele telefoon op Mars kunt detecteren.' De data uit de telescoop zijn voor mensen inzichtelijk nadat ze door een computer zijn vertaald tot een stralingskaart, een soort foto.
Golven smeren het signaal uit
Een probleem bij het maken van scherpe heelalfoto's met LOFAR is de UV-straling van de zon. Die vertroebelt onze atmosfeer met geladen deeltjes, ionen. Deze ionosfeer verstoort radiogolven uit de ruimte voordat de telescoop ze opvangt. Sweijen: 'Hierdoor is het alsof LOFAR vanaf de zeebodem de hemel bekijkt, waarbij de golven het signaal uitsmeren. Software die het Nederlands Instituut voor Radio-Astronomie ASTRON recent ontwikkelde, corrigeerde in het hele gebied de gemeten straling. Zo konden we het hele blikveld van LOFAR scherpstellen en in kaart brengen.'
'We kunnen nu de evolutie van zwarte gaten en de sterrenstelsels meer in detail bestuderen’
Die software werkt met algoritmen die veel computerkracht vereisen. Die was beschikbaar: in Leiden verleende de recent gebouwde Academic Leiden Interdisciplinary Cluster Environment (ALICE) haar computerkracht. Vanuit Amsterdam verschafte ict-coöperatie SURF vroegtijdige toegang tot het nieuwe platform Spider: dat is speciaal opgezet voor data-intensieve projecten zoals dit onderzoek.
Nu de gehele Noordelijke hemel
De datacorrectie van het LOFAR-blikveld gebeurde in 25 gedeelten van elk één volle maan groot. Dat duurde zeven dagen per gebied. Op één computer zou het dan 7 keer 25, dus 175 dagen kosten om de hele kaart te maken. Dankzij de grootschalige infrastructuur van SURF en Leiden lukte het met parallelle rekenkracht in zeven dagen. Dat betekent dat er nu een snelle manier is om uiteindelijk de gehele Noordelijke hemel in vergelijkbaar detail in kaart te brengen, iets dat volgens Sweijen in de komende jaren kan beginnen.
'We kunnen nu de evolutie van zwarte gaten en de sterrenstelsels waarin ze zich bevinden in meer detail dan voorheen te bestuderen. Sterrenstelsels in het vroegere heelal bijvoorbeeld, die door hun afstand of jonge leeftijd voorheen te klein waren om in enig detail te zien, zijn nu met duizenden tegelijk scherp zichtbaar te maken.'
Tekst: Frits Sweijen en Rianne Lindhout